基于碱熔体系的页岩钒高效提取工艺及机理研究

发布时间：2020-06-09 14:20

【摘要】：钒页岩在我国储量巨大,分布广泛,是我国特有的优势钒矿资源。钒页岩中的钒大多以V(Ⅲ)类质同象取代Al(Ⅲ)赋存于云母类矿物的晶格中,难以提取。通常需经过高温长时间焙烧对含钒云母的结构进行破坏,达到强化提钒的目的。碱熔焙烧法凭借其节能高效的特点,在复杂难处理矿物资源的提取利用方面得到了深入研究和广泛应用。本研究以湖北通山某云母型钒页岩为对象,研究了在焙烧过程中引入NaOH的强化提钒工艺,确定了该工艺的最佳工艺参数,结合焙烧反应过程的热力学分析和物相、微观结构变化,研究了碱熔焙烧过程含钒白云母分解反应历程和钒的迁移转化过程,并探究了焙烧反应的动力学行为及反应机制,揭示了页岩碱熔焙烧强化提钒的机理。试验研究结果表明,钒页岩碱熔焙烧-浸出的适宜工艺参数为:碱矿质量比(NaOH与试样的质量比)1:1(g/g)、焙烧温度500°C、时间60 min、常温水浸、浸出时间60 min、液固比4.0 mL/g,此时,钒浸出率为84.63%。在钒浸出率相当的情况下与常规焙烧-浸出提钒工艺相比,该工艺焙烧温度降低至500°C、时间缩短至60 min。机理研究表明,在碱熔体系下,含钒白云母结构崩解和钒相变过程得到强化。焙烧过程中,受熔融NaOH作用,白云母分解并产生霞石,钒从白云母晶格中释放;分解产物霞石与钒页岩中的方解石再与熔融碱作用,产生结构稳定的铝方柱石,促进了云母结构的完全破坏;但由于硅酸钠的包裹,钒难以完全释放。相对于常规焙烧方式,碱熔焙烧过程中,云母分解反应的吉布斯自由能显著降低,云母结构的破坏效果得到强化。动力学分析结果表明,碱熔焙烧反应早期为化学反应控制,钒的相关化学变化在此阶段即完成,钒的相变过程得到强化。结合白云母特征元素浸出规律和化学键变化分析结果,钒页岩碱熔焙烧强化白云母结构崩解过程可总结为:熔融碱扩散、白云母脱羟基、白云母结构崩解与碱金属盐形成三个步骤。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF841.3

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本文编号：2704811